串联电池组主动均衡拓扑及控制策略研究

电池单体以串、并联的形式构成电池组，广泛应用于各类储能系统中。由于制造工艺和使用环境的不同，以及电池单体间内阻、库伦效率等参数的不一致在反复充放电后形成电池组电量的不均衡，导致电池组可用容量下降、电池组整体功率衰退等。为此，针对串联电池组提出了一种包括基于正激变换器的双向DC/DC变换器及开关阵列的主动均衡电路拓扑。在主电路工作原理分析的基础上，进一步提出了一种基于聚类分析的SOC均衡控制策略，并以8节电池单体串联构成电池组进行均衡验证实验。实验结果表明经过均衡操作后，不均衡电池组可用容量有所提升，证明了均衡策略及均衡系统的有效性。与传统的“平均差”法可用容量提升2.6%相比，所提出的均衡策略可用容量提升10.8%，提升效果更明显，在均衡时间基本一致的前提下，对电池组一致性改善效果更好。     

基于Buck-Boost电路的能量转移型均衡方案

提出了一种基于Buck-Boost电路的新型均衡电路,实现了锂离子串联电池组充放电均衡。根据均衡能量流向,采取两种不同的均衡策略:电池组放电时,均衡能量由电池组向组内荷电状态(state of charge,SOC)较低的单体电池转移;电池组充电时,均衡能量由电池组中SOC较高的单体电池向电池组转移。以单体电池开路电压在线估计为基础,运用开路电压法估算SOC,选取SOC值在一定阈值范围之外的单体电池作为均衡对象,对6节串联的磷酸铁锂电池进行了充放电均衡实验。实验结果表明,该方案可以有效减小单体电池间的不一致性,提升电池组的整体性,同时提高了电池组充放电容量。     

锂离子电池组充放电均衡器及均衡策略

提出了一种基于Buck斩波电路和Boost-Buck斩波电路的锂离子电池组充放电均衡器。根据电池组的两种工作状态,采取两种不同的均衡策略:电池组处于充电状态时,电池组中荷电状态最高的强单体电池被均衡放电,强单体电池的充电电流减小,而同组中的其他单体电池不受影响;电池组处于放电或静置状态时,电池组中最弱的单体电池被均衡充电,而同组中的其他单体电池不受影响。均衡器具有均衡电路控制简单、易实现,被均衡的单体电池任意可选、均衡能量可双向传输、均衡电流易控等优点。详细阐述了两种均衡控制策略的工作原理,并采用此均衡器对串联的四个磷酸铁锂电池进行了充放电均衡实验,实验结果证明了此均衡器不仅改善了单体电池间不均衡程度,同时提高了电池组的充电容量和放电容量。     

新型充放电均衡一体化电池管理系统研究

电动汽车串联动力电池组的不一致问题,使得成组电池在容量利用、使用寿命及安全等方面的性能远不及单体电池.分析了电动汽车动力锂电池组不一致产生的原因,以及现有均衡方案存在的问题.提出了一种基于SOC的新型充放电均衡一体化电池管理系统(BMS)方案,并依据车载在线均衡要求设计了均衡硬件电路.实车验证表明,通过均衡模块作用整组电池的可用容量提高了 1.2％,降低了电动汽车电池的使用和维护成本.     

一种延长电动汽车蓄电池寿命的均衡充电控制策略

电动汽车用动力电池组都是由多个单体电池串联而成,由于单体电池的性能不可能完全一致,串联使用过程中,初期的细微差异在每次充放电的放大作用下,一段时间后单体电池间的性能差异就会逐渐增大,从而导致电池组性能急剧下降和循环寿命缩短。通过分析电池组提前失效的原因,针对耗散型均衡控制电路,深入研究电池组均衡充电控制的电路模型,并在此基础上提出一种既能够实现电池组快速充电,又能够消除单体电池不一致对电池组循环寿命影响的均衡充电控制策略。根据所提出的均衡充电控制策略,对72 V/120 AH铅酸蓄电池组进行对比测试,实验结果说明了该策略的有效性。     

串联蓄电池组均衡控制策略研究

针对串联蓄电池组单体电池间存在的不一致性问题,改进了一种基于Buck-Boost均衡电路的均衡控制策略。由于传统的均衡控制策略对某些特殊情况的电池组不一致状态均衡效果不理想,采用最值比较法与相邻差值比较法相结合的均衡控制策略,可有效改善电池组的不一致性,并得到仿真实验对比验证。最后通过对6节镍镉蓄电池的均衡充电,结果表明该均衡策略能有效减小电池组极差,避免不一致性的扩大,提高电池组容量利用率。     

基于双向反激变换器的电池均衡电路研究

针对锂离子电池长期串联使用出现的不一致问题,提出了一种基于双向反激变换器的新型低成本均衡电路.均衡电路以荷电状态为均衡判据,包含采样判定电路、电池选通电路、双向反激变换器三部分.介绍了电路的工作原理和低成本实现方式,针对含有6节单体电池的串联电池组制作了均衡电路样机,实验结果表明,该均衡电路可以有效均衡串联锂离子电池组...     

串联锂离子电池斜坡电流均衡器

针对串联锂离子单体电池在充、放电过程中存在荷电状态(SOC)不一致的情况,提出了一种斜坡电流均衡器。均衡时能量直接由电池组中的高电压单体电池向低电压单体电池转移。此均衡方案以电感和电容为储能元件,通过开关器件的占空比控制均衡电流,均衡电流为可控的斜坡电流。同时对两串联锂离子电池进行了仿真和实验,实验结果证明了此均衡方案的有效性。     

基于等效电路模型的串联电池组不一致分布特征仿真分析

车载和电池储能系统中,为了获得高功率需要将单体电池串联后成组运行,但不一致问题的存在会使电池容易遭受过充和过放,缩短电池寿命甚至造成安全隐患。本文针对磷酸铁锂串联电池组,通过预报误差法辨识出模型参数,建立准确的一阶等效电路模型,仿真分析电池内阻和极化电压等内部参数。将影响电池不一致的因素分为电池本体参数差异和运行条件差异,其中本体参数包括初始SOC和最大可用容量,运行条件包括放电倍率和放电截止电压。在不同本体参数和运行条件的影响下,将端电压差异分解为开路电压差异、极化电压差异和欧姆压降差异,然后基于串联等效电路仿真分析端电压不一致的具体构成,最后采用基于SOC一致的均衡策略探究均衡条件下电池组电压不一致的分布特点。     

基于隔离型半桥变换器的退役电池组均衡方法

在梯次电池储能应用中,梯次电池间存在的较大不一致性使得电池组在充放电过程中更容易出现过充和过放现象,限制了电池组整体的可用容量甚至造成安全隐患。针对该问题,本文提出了一种基于隔离型双半桥DC-DC变换器的有源均衡电路。该均衡电路由N+5个开关(N为电池数目)构成的开关阵列和隔离型双半桥DC-DC变换器构成,保证了电路的灵活性。在主电路工作原理分析的基础上,进一步提出了一种基于SOC的分状态均衡控制策略,在电池组充电、放电和静置三种不同状态下,采用对应的均衡策略实现电池组能量平衡。最后对5节串联锂离子电池进行了均衡实验,实验结果表明相比不使用均衡器的电池组,该方法在静置、充电、放电状态下分别提升了12%,9.9%,17.5%的可用容量,证明了该方法的可行性及有效性。     

应用于储能单元的串联电池模块主动均衡研究

串联电池组广泛应用于电动汽车和储能电站等多个领域。在长时间使用后,电池单体由于制造工艺和使用环境的差异容易出现电量的不均衡,影响电池组整体容量和功率性能的发挥。为此,针对储能单元电池模块提出了一种双向主动均衡系统,该系统包含串联电池模块、开关阵列、主动均衡DC/DC变换器、电池信息采集单元等。对均衡主电路基本工作原理及控制过程进行了分析,利用16节电池串联构成的电池模块在构建的均衡实验平台上进行了双向电量均衡实验验证,均衡结果表明,初始最大SOC差异40%的电池组经过均衡后SOC最大相差1.1%,证明了均衡系统的有效性。     

基于剩余容量的锂离子电池组均衡策略

不一致性使得电池在成组后容量利用率方面远不及单体电池,现有的均衡方法注重防止电池过充过放,控制策略没有兼顾能量利用效率,均衡过程能量损失较大。基于单体电池剩余容量估算,通过对电池体质的在线辨识,将电池划分为倾向于过放、倾向于过充以及与整体平均剩余容量变化一致3类,并依据电池体质合理地分配每类电池的均衡能量。实验表明该方法较传统的电压中心均衡策略能够有效缩小单体电池剩余容量差异,电池组容量利用率提升了3.3%。     

基于Buck-Boost变换器的磷酸铁锂电池串联电压均衡优化策略

针对磷酸铁锂电池串联应用中,由于单体电池之间存在不一致,从而导致蓄电池组利用率和使用寿命降低的问题,本文提出一种基于非能耗型电压均衡方式的复合式电路拓扑。该均衡电路在传统单体电池均衡电路的基础上,加入电池组间均衡电路进行拓扑优化,以提高电压均衡速度。通过对蓄电池组均衡优化策略进行仿真分析验证表明:与传统单一电压均衡电路相比,该优化策略控制简单、易于实现,在静态和充放电状态下,电池电压均衡速度都有明显提升,并且能有效避免电池组过充电或过放电现象,从而提高电池的使用寿命。     

磷酸铁锂电池能量转移均衡策略及其电路研究

以磷酸铁锂电池组内部不平衡性为研究对象,基于极端单体电池的保护原理,设计了一种双向能量转移式均衡电路及控制方法,以解决现有串联电池组在充放电时没有均衡或均衡效果不佳的问题。基于双向能量转移式均衡电路拓扑和工作原理,提出了一种以电池电压作为逻辑判断信号,采用多路开关分时均衡控制的策略,并利用Matlab/Simulink软件搭建仿真模型,进行了仿真实验,结果表明:该均衡电路结构及其控制算法有效克服了磷酸铁锂电池在串联成组使用时的短板效应以及工艺差异,保证了电池组中各单体电池容量的一致性,使整个电池组的剩余电量(SOC)最大化。     

基于剩余电量估计的电池组充放电均衡策略

为了实现充放电过程中各单体电池电量的均衡,同时降低均衡过程中的损耗,提出了一种基于剩余容量估计的电池组充放电均衡策略。不同于传统的基于SOC估计的均衡策略,该策略以电池单体的剩余电量为均衡目标。将该策略与传统的均衡策略进行比较,计算结果证明在一定的前提下,所提出的策略能够减少均衡过程中转移的总电荷量,从而降低损耗。分别采用所提出的均衡策略和基于SOC估计的均衡策略对三个串联的锂离子电池进行充放电的仿真,结果证明所提出的策略不仅能够在充放电结束时实现单体电池间的均衡,而且能够降低损耗。     

基于电感的串联电池组新型主动均衡拓扑及控制策略

均衡技术对提高串联电池组充放电的可靠性、延长电池寿命等具有重要的意义。针对现有电感均衡电路存在能量仅能在相邻电池单体之间转移、应用场合有限以及电路中元器件数目较多等问题,提出了一种基于电感的串联电池组新型主动均衡拓扑,并研究了相应的均衡控制策略。通过对电感的选择性充放电,实现电池单体和电池组之间的能量转移,避免了能量仅在相邻电池单体之间转移而导致均衡时间过长的缺点,具有电路结构简单、易于控制等优点。通过对所提均衡电路拓扑及其开关模态的分析,以及对均衡策略的详细介绍,给出了均衡系统的整体设计方案。仿真和实验结果表明,所提出的均衡方案具有良好的均衡效果。     

并联电池组充放电均衡器及均衡策略研究

成组的单体电池需要进行能量均衡,以消除单体电池能量不一致给电池组性能造成的不利影响.使用并联电池组充放电均衡器,当任一单体电池达到所设定的充电截止电压时,均衡器可将该单体电池隔离出充电电路;放电过程中通过Cuk斩波电路给能量最低的单体电池补充能量,减小该单体电池的放电速率,从而实现充放电过程能量均衡.通过对4个单体电池组成的电池组进行仿真和均衡实验,结果表明该均衡器能够实现快速均衡,并有效地降低电池不一致程度.     

一种基于Cuk斩波电路的双向双层桥臂的蓄电池组均衡器的研究

为了快速有效地实现串联锂离子单体电池间的能量均衡,提出了一种基于Cuk斩波电路的双向双层桥臂的蓄电池组均衡器。此均衡器根据电池组的充放电状态采取两种不同的均衡策略:当电池组处于充电状态时,电池组中具有最高荷电状态的单体电池通过Cuk斩波电路被快速均衡放电;当电池组处于放电或静置状态时,电池组中具有最低荷电状态的单体电池通过Cuk斩波电路被快速均衡充电。均衡器拓扑电路原理简单、均衡电流连续、均衡电流可控性强、均衡效率高。最后对此均衡器进行了仿真实验,证明了此方案的可行性。     

锂离子电池组均衡电路及其均衡策略研究

为了改善电池组的一致性,提出了一种高效的锂离子电池组均衡电路,同时研究了适用于电池组均衡电路的均衡策略。设计了一种可充可放的能量转移均衡电路,该电路支持对单体电池进行均衡充电及均衡放电操作,同时也可利用电池组能量对多节单体电池进行均衡充电。提出的均衡策略根据运行过程中实时的电压值分析得到电池组中各单体电池需要均衡的程度,结合单体电池SOC最终给出适合于上述均衡电路的均衡状态,进而对单体电池进行均衡。并利用实验数据证明均衡电路与均衡策略的有效性。     

太阳能光伏发电系统管理与维护(三)

7.电池均衡充电(1)由于电池组在使用过程中各单体电池有时会产生端电压、电解液密度和容量等的不均衡现象,为使各单体电池都达到均衡一致的良好状态,在下列情